專利名稱：使用熱電模塊的建筑用熱絕緣體的制作方法
技術領域：
本發明涉及建筑物的熱絕緣，更具體地，涉及一種通過使用熱電模塊來改善建筑用熱絕緣體的性能的技術。
背景技術：
由于20世紀70年代早期的全球能源危機等，節約能源的建筑物的熱絕緣變得普及，并且建筑規范已經試圖通過調整個別的熱絕緣標準來改善建筑物的熱性能。熱絕緣被定義為通過增加熱量在其中流動的物體的耐熱性來降低熱流動。從建筑學上講，這指的是減小結構(尤其是墻)的熱傳導系數。為了減小熱傳導系數，需要減小材料的厚度，或使用低熱導率材料。然而，由于設計局限性和成本增加，為了減小熱傳導系數而減小材料的厚度存在限制，所以通常更有效的是使用低熱導率材料。熱絕緣體是低熱導率材料，并且通常包括具有小于0. 05kcal/mh°C的熱導率的材料。通常，熱絕緣體為諸如絕緣混凝土、纖維板和木絲板的板狀材料、諸如粒狀軟木、 蛭石、玻璃纖維、石棉以及渣棉的粒狀材料、鋁箔、吸熱玻璃、熱反射玻璃、雙層玻璃等。此外，泡沫聚苯乙烯、石膏板和石棉廣泛地用作建筑物用的熱絕緣材料，羊毛(wool)也可以用作熱絕緣體。這些傳統的熱絕緣體在一定程度上可以阻擋建筑物的內部與外部之間的熱流動。 然而，由于這些熱絕緣體被動地阻擋熱量，而不能使熱量在特定的方向上流動，因此即使將這些熱絕緣體應用于建筑物，獲得足夠的熱絕緣性能也存在限制。
發明內容
為了解決上述問題而提出了本發明，因此，本發明的目的在于提供一種建筑用熱絕緣體，該建筑用熱絕緣體通過使用熱電元件作為熱絕緣體能夠改善熱絕緣性能，并能夠執行建筑物的降溫和加熱。根據實現該目的的本發明的一方面，提供了一種建筑用熱絕緣體，其包括熱電模塊，嵌入或附接至建筑物的墻體或樓板，并包括多個熱電元件；供電模塊，用于向熱電模塊提供電力；以及電力控制模塊，用于控制供電模塊向熱電模塊提供的電力的大小和極性。此時，熱電模塊可以附接至墻體或樓板的外表面、附接至墻體或樓板的內表面或者嵌入在墻體或樓板中。同時，建筑用熱絕緣體可以進一步包括用于感測建筑物內部溫度和外部溫度的溫度感測模塊。此時，在通過溫度感測模塊所感測的建筑物外部溫度低于建筑物內部溫度的情況下，電力控制模塊可以控制提供給熱電模塊的電力的極性，以使熱量在從墻體或樓板的外表面到內表面的方向上流動。此外，在通過溫度感測模塊所感測的建筑物外部溫度高于建筑物內部溫度的情況下，電力控制模塊可以控制提供給熱電模塊的電力的極性，以使熱量在從墻體或樓板的內表面到外表面的方向上流動。并且，電力控制模塊可以與通過溫度感測模塊所感測的建筑物外部溫度與內部溫度之間的差成正比地控制提供給熱電模塊的電力的大小。同時，建筑用熱絕緣體可以進一步包括輸入模塊，該輸入模塊連接至電力控制模塊，并接收關于提供給熱電模塊的電力的大小和極性的控制值。
從以下結合附圖描述的實施方式中，本發明的總的發明構思的這些和/或其他方面以及優點將變得顯而易見和更容易理解。圖1是用于說明使用根據本發明實施方式的熱電模塊的熱絕緣效果的示圖；圖2是示出了根據本發明實施方式的建筑用熱絕緣體200的構造的框圖；圖3a 圖3c是示出了根據本發明實施方式的熱電模塊202嵌入或附接至墻體或樓板的形態的示圖；圖4是用于說明在附接有根據本發明實施方式的建筑用熱絕緣體200的建筑物的外部溫度低于該建筑物內部溫度的情況下的控制方法的示圖；以及圖5是用于說明在附接有根據本發明實施方式的建筑用熱絕緣體200的建筑物的外部溫度高于該建筑物內部溫度的情況下的控制方法的示圖。
具體實施例方式下文中，將參考附圖描述本發明的示例性實施方式。然而，本發明并不局限于此處公開的實施方式。在描述本發明時，將省略已知的功能和構造的詳細描述，以免不必要的細節使本發明的主題變得難以理解。下文所述的術語和考慮它們在本發明中的功能所定義的術語可以根據用戶或操作者的意圖或實踐而不同。因此，應當基于該說明書的全部內容做出該定義。本發明的精神應當由所附權利要求來確定，并且提供以下的實施方式，以使本領域技術人員有效地理解本發明的精神。圖1是用于說明使用根據本發明實施方式的熱電模塊的熱絕緣效果的示圖。熱電元件包括一 N型半導體器件和P型半導體器件對作為基本單元，并且熱電模塊由多個熱電元件組成。如圖所示，當將DC電壓施加到熱電元件時，熱量隨著N型半導體器件中的電子流和P型半導體器件中的空穴流從圖中的下端流向上端。因此，下部吸熱部分的溫度降低，而上部散熱部分的溫度升高。在熱電元件中發生放熱反應和吸熱反應的原因是，由于根據金屬中電子之間的勢能差，電子從低勢能狀態向高勢能狀態移動需要從外部獲得能量，所以基于電子的移動，處于低勢能狀態的金屬釋放熱能，而處于高勢能狀態的金屬吸收熱能。這被稱作Peltier效應。熱電元件中的吸熱反應或放熱反應與流向熱電元件的電流量成正比。此外，當改變電力的極性時，吸熱反應和放熱反應逆向發生。本發明通過使用熱電元件的該熱二極管功能，S卩，熱量根據所提供的電流的方向而僅在一個方向上流動的特性，來實現用于建筑物的熱絕緣體。圖2是示出了根據本發明實施方式的建筑用熱絕緣體200的構造的框圖。如圖所示，根據本發明實施方式的建筑用熱絕緣體200包括熱電模塊202、供電模塊204以及電力控制模塊206，并且如需要的話還可以包括溫度感測模塊208或輸入模塊 210。如上所述，熱電模塊202由多個熱電元件組成，并且嵌入或附接至建筑物的墻體或樓板。此時，對建筑物的種類沒有限制，普通住宅、商務大樓、預制臨時建筑等都包括在內。即，根據本發明實施方式的建筑用熱絕緣體200可應用于熱絕緣體嵌入在墻體或樓板中的任一種建筑物。包括在熱電模塊202中的每個熱電元件僅在從墻體或樓板的外部(室外)到內部 (室內)的方向上流動熱量，或僅在從墻體或樓板的內部到外部的方向上流動熱量，從而將建筑物內部的暖和維持在預定的水平。即，如上所述，本發明通過使用熱電元件的熱二極管特性來執行建筑物的熱絕緣。供電模塊204是向熱電模塊202提供電力的單元。供電模塊204可被配置為將提供給建筑物的AC電力轉換為預定大小的DC電力，并向熱電模塊202提供DC電力。此外， 在建筑物中設置有太陽能電池板的情況下，供電模塊204可以轉換太陽能電池板所提供的電力，并將轉換的電力提供給熱電模塊202。如此，在供電模塊204通過使用太陽光來向熱電模塊202提供電力的情況下，由于不需要為熱絕緣使用單獨的家庭電源，所以在比使用現有熱絕緣體時獲得更好的熱絕緣效果的同時，能夠將額外成本最小化。電力控制模塊206控制供電模塊204提供給熱電模塊202的電力的大小和極性。 即，供電模塊204根據電力控制模塊206的控制，來改變提供給熱電模塊202的電力的大小和極性。同時，如上所述，根據本發明實施方式的建筑用熱絕緣體200可以進一步包括溫度感測模塊208。溫度感測模塊208感測熱電模塊202設置其中的建筑物的內部溫度和外部溫度，并且將所感測的溫度傳輸至電力控制模塊206。為了執行熱電模塊202所要求的熱絕緣功能，需要根據建筑物的內部溫度與外部溫度之間的差來改變提供給熱電模塊202的電流量和電流方向(極性)。因此，電力控制模塊206從溫度感測模塊208接收關于建筑物的內部溫度和外部溫度的信息，并相應地改變從供電模塊204輸出的電流量和電流的極性。另外，建筑用熱絕緣體200可以進一步包括輸入模塊210。輸入模塊210連接至電力控制模塊206并且可以包括用于用戶輸入的輸入裝置(按鈕或撥盤)。用戶可以通過輸入模塊210輸入關于提供給熱電模塊202的電力的大小和極性的控制值，并且輸入模塊 210將控制值傳輸至電力控制模塊206，以使電力控制模塊206可以基于這些控制值來改變提供給熱電模塊202的電力的大小和極性。圖3a 圖3c是示出了根據本發明實施方式的熱電模塊202嵌入或附接至墻體或樓板的形態的示圖。
圖3a示出了熱電模塊202附接至墻體或樓板300的內表面(即，與建筑物的內部相接觸的表面)作為熱絕緣體的形態。這被稱作內部熱絕緣。此外，圖北示出了熱電模塊 202嵌入在墻體或樓板300中作為熱絕緣體的形態。這被稱作中間熱絕緣。圖3c示出了熱電模塊202附接至墻體或樓板300的外表面(即，與建筑物的外部相接觸的表面)作為熱絕緣體的形態。這被稱作外部熱絕緣。理論上，當建筑物的內部溫度和外部溫度保持在恒定狀態時，熱絕緣性能在正常的熱流下不管熱電模塊202的位置怎樣都是相同的。然而，因為在建筑物的內部溫度和外部溫度頻繁改變的實際情形下，由于建筑物結構的蓄熱性能等而導致熱絕緣效果根據熱電模塊202的附接位置而呈現出不同，所以在將根據本發明實施方式的建筑用熱絕緣體200 實際應用于建筑物時，通過考慮該事實可以選擇圖3a 圖3c中所示的實施方式之一。圖4是用于說明在附接有根據本發明實施方式的建筑用熱絕緣體200的建筑物的外部溫度低于建筑物內部溫度的情況下的控制方法的示圖。例如，在建筑物的外部溫度(0度)低于建筑物的內部溫度(18度)的情況下，例如冬天，利用其間的熱電模塊202，電力控制模塊206控制提供給熱電模塊202的電力的極性，以使熱能在從墻體或樓板的外表面到內表面的方向上流動(即，熱量從熱電模塊202的外側流向內側)。因此，由于熱量僅在從建筑物的外部到內部的方向上流動，所以可以防止內部的暖氣穿過墻體或樓板而泄漏到外部。此外，電力控制模塊206可以與通過溫度感測模塊208感測的建筑物的內部溫度與外部溫度之間的差成正比地增加提供給熱電模塊202的電流量。S卩，由于泄漏到外部的熱能量隨著建筑物的內部溫度和外部溫度之間的差的增加而增加，所以可以通過與建筑物的內部溫度與外部溫度之間的差成正比地增加提供給熱電模塊202的電流量來補償熱流。 此外，通過應用該方法，在溫差相同的情況下，根據本發明實施方式的建筑用熱絕緣體200 可以通過增加提供給熱電模塊202的電流量以主動地促使熱量從建筑物的外部流向內部， 來執行加熱功能以及熱絕緣功能。圖5是用于說明在附接有根據本發明實施方式的建筑用熱絕緣體200的建筑物的外部溫度高于建筑物內部溫度的情況下的控制方法的示圖。例如，在建筑物的外部溫度(30度)高于建筑物的內部溫度(20度)的情況下，例如夏天，利用其間的熱電模塊202，電力控制模塊206控制提供給熱電模塊202的電力的極性，以使熱能在從墻體或樓板的內表面到外表面的方向上流動(即，熱量從熱電模塊202的內側流向外側)。因此，由于熱量僅在從建筑物的內部到外部的方向上流動，所以可以阻擋外部熱氣穿過墻體或樓板而流入建筑物的內部。此外，如圖4中所描述的，電力控制模塊206可以與通過溫度感測模塊208所感測的建筑物的內部溫度和外部溫度之間的差成正比地增加提供給熱電模塊202的電流量。 即，由于傳入建筑物內部的熱能量隨著建筑物的內部溫度與外部溫度之間的差的增加而增加，所以可以通過與此成正比地增加提供給熱電模塊202的電流量來補償熱流。此外，通過應用該方法，在溫差相同的情況下，根據本發明實施方式的建筑用熱絕緣體200可以通過增加提供給熱電模塊202的電流量以主動地促使熱量從建筑物的內部流向外部，來執行降溫功能和熱絕緣功能。根據本發明，通過使用熱電元件實現建筑用熱絕緣體，可提供更好的熱絕緣性能。
此外，由于熱電元件具有非常小的尺寸，所以與使用傳統的熱絕緣體時相比，可以減小墻體或樓板的厚度，并且僅通過改變所施加的電流的極性和大小，就可以實現降溫或加熱效果以及熱絕緣。通過采取使用熱電元件的這種熱絕緣、降溫以及加熱方法，由于不需要額外的機械元件，因此能夠實現噪音減小和壽命延長，并且由于沒有額外污染物的排放，因此可以實現環保的熱絕緣、降溫以及加熱。盡管已經示出和描述了本發明的總的發明構思的幾個實施方式，但本領域技術人員可以理解，在不背離總發明構思的原理和精神的情況下，可以對這些實施方式進行改變， 本發明的總的發明構思的范圍限定在所附權利要求及其等價物中。因此，本發明的范圍不應當局限于上述實施方式，而應由所附權利要求及其任何等價物來確定。
權利要求
1.一種建筑用熱絕緣體，包括熱電模塊，嵌入或附接至建筑物的墻體或樓板，并且包括多個熱電元件；供電模塊，用于向所述熱電模塊提供電力；以及電力控制模塊，用于控制從所述供電模塊提供給所述熱電模塊的電力的大小和極性。
2.根據權利要求1所述的建筑用熱絕緣體，其中，所述熱電模塊附接至所述墻體或樓板的外表面。
3.根據權利要求1所述的建筑用熱絕緣體，其中，所述熱電模塊附接至所述墻體或樓板的內表面。
4.根據權利要求1所述的建筑用熱絕緣體，其中，所述熱電模塊嵌入在所述墻體或樓板中。
5.根據權利要求1所述的建筑用熱絕緣體，進一步包括用于感測所述建筑物的內部溫度和外部溫度的溫度感測模塊。
6.根據權利要求5所述的建筑用熱絕緣體，其中，在通過所述溫度感測模塊所感測的所述建筑物的外部溫度低于所述建筑物的內部溫度的情況下，所述電力控制模塊控制提供給所述熱電模塊的電力的極性，以使熱量在從所述墻體或樓板的外表面到內表面的方向上流動。
7.根據權利要求5所述的建筑用熱絕緣體，其中，在通過所述溫度感測模塊所感測的所述建筑物的外部溫度高于所述建筑物的內部溫度的情況下，所述電力控制模塊控制提供給所述熱電模塊的電力的極性，以使熱量在從所述墻體或樓板的內表面到外表面的方向上流動。
8.根據權利要求5所述的建筑用熱絕緣體，其中，所述電力控制模塊以與通過所述溫度感測模塊所感測的所述建筑物的外部溫度與內部溫度之間的差成正比的方式控制提供給所述熱電模塊的電力的大小。
9.根據權利要求1所述的建筑用熱絕緣體，進一步包括輸入模塊，所述輸入模塊連接至所述電力控制模塊，并接收關于提供給所述熱電模塊的電力的大小和極性的控制值。
全文摘要
本發明提供一種建筑用熱絕緣體，其包括熱電模塊，嵌入或附接至建筑物的墻體或樓板，并包括多個熱電元件；供電模塊，用于向熱電模塊提供電力；電力控制模塊，用于控制從供電模塊提供給熱電模塊的電力的大小和極性。與傳統的熱絕緣體相比，這種建筑用熱絕緣體可以提供更好的熱絕緣性能，并且由于熱電元件具有非常小的尺寸，因此與使用傳統的熱絕緣體的情況相比，能夠減小墻體或樓板的厚度。此外，僅通過改變所施加的電流的極性和大小，就能夠實現降溫或加熱效果。
文檔編號H05B3/06GK102235037SQ20101028905
公開日2011年11月9日 申請日期2010年9月16日 優先權日2010年4月20日
發明者具泰坤, 吳龍洙, 李圣鎬, 金容錫, 魏圣權 申請人:三星電機株式會社